Внимание!

Второй вебинар из серии "Защита от перенапряжений"

(прошёл 24 марта 2016 года в 11:00 по МСК)

Умелое использование элементов защиты от импульсных перенапряжений позволяет до приемлемого минимума снизить риск повреждения объекта непосредственно пораженного молнией. В этом случае, отдельно используемые защитные элементы (разрядники, варисторы и диоды), как правило не в состоянии самостоятельно ограничивать перенапряжения до безопасного уровня, и возникает необходимость объединения их положительных параметров в защитных схемах (УЗИП), состоящих из разных типов ограничителей перенапряжений (ОП).

Задача первой встречи на тему "Защита от перенапряжений линий электропитания сети 230/400 В 50 Гц" — не показывать научные исследования, которые имели место быть, а разобраться во всем разнообразии существующих устройств защиты, рассмотреть практические параметры, которые необходимы проектировщику для построения работающей и надёжной системы защиты от перенапряжений.
Понимание различий в функционировании этих устройств позволит подготовиться к следующим онлайн-встречам на тему "Защита от перенапряжений".

Рекомендуется просмотр с качеством "720p" в полноэкранном режиме.

Текст вебинара. Страница 1

Быстрая навигация по слайдам:

Примерное время чтения: 1 час 29 минут.

Защита от перенапряжений линий электропитания сети 230/400 В 50 Гц. Часть 1

Защита от перенапряжений линий электропитания сети 230/400 В 50 Гц. Часть 1

— Добрый день, уважаемые коллеги. Мы рады приветствовать вас на очередном вебинаре, посвященный защите от перенапряжений – это уже второй вебинар. Впереди нас ждет еще 4 вебинара и поэтому, пожалуйста, регистрируйтесь, чтобы ничего не пропустить. Обязательно посещайте наши следующие онлайн встречи. Видеозапись первого вебинара уже доступна на нашем сайте. Назывался он зоновая концепция молниезащиты. Ссылку в чат я скину чуть позже. Также можно на нашем сайте зарегистрироваться на следующие вебинары. Тема сегодняшнего вебинара звучит как защита от перенапряжений линий электропитаний сети 230/400 В, первая часть. В следующую среду будет вторая часть. Тема объемная, поэтому было принято решение ее на две онлайн встречи, чтобы обсудить все самые главные вопросы.

О Мирославе Зеленкевиче

О Мирославе Зеленкевиче

— И сегодня, кроме того, в начале будет небольшое отступление на тему элементов и схем защиты от перенапряжений, в ходе которого будут рассмотрены и сравнены основные принципы действия высоко разрядных полупроводников УЗИПов. Это необходимо для того, чтобы подготовиться к следующим докладам и понимать о чем будет идти речь. Лектором данной серии вебинаров является признанный эксперт в области защиты от перенапряжений – Мирослав Зеленкевич. Он уже здесь, вы уже его видите, и я скоро передам ему слово. Меня зовут Корытко Алексей, я по-прежнему являюсь администратором вебинаров и буду реагировать на ваши вопросы и комментарии. Так что можете оставлять их в чате, который находится слева внизу. На эти вопросы мы ответим в конце вебинара. Ориентировочно вебинар займет от 60 до 100 минут, примерно так. Также, коллеги, в презентации могут быть схемы с мелкими деталями. Для того, чтобы разглядеть их все используйте, пожалуйста, кнопку увеличения масштаба. Она находится на нижней панели под слайдами – такая лупа с зеленым плюсом. И еще вам может пригодиться регулировка громкости, как меня, так и докладчика. Для этого можете навести курсор на видео поток, то есть в данном случае на мою фотографию или на видео с Мирославом. Там появится курсор, с помощью которого сможете сделать либо громче, либо тише. На этом, пожалуй, организационные вопросы окончены. Я с удовольствием передаю слово Мирославу. В чат сейчас скину ссылку на видеозапись и на регистрацию следующие вебинары. Спасибо, Мирослав, добрый день!

— Здравствуйте, уважаемые коллеги! См. слайд 1. Действительно, сегодня я решил первую часть защиты от перенапряжений линий электропитаний сети 230/400 В 50 Гц включить такую вводную часть для того, чтобы нам лучше было понимать о чем будет идти речь в следующих семинарах. Я просто пересмотрел то, что происходило раньше на вебинарах, которые проводили друзья из Аксу. И я заметил, что кажется это необходимо для того, чтобы вам было больше и проще понимать. Может быть некоторые из вас имеют эти знания, но я не думаю, что в таком отклонении, в котором я буду говорить. То есть моя цель – не показывать вам научные результаты исследований для этих элементов, а просто практические параметры, которые необходимы проектировщику для того, чтобы он мог выбрать те элементы, те приборы, такие схемы, которые ему действительно нужны для защиты от перенапряжений в данной области. Но здесь область – это просто сеть электропитания, как это называется в стандартах – до одного киловольта. Она отличается от высоковольтной и энергий и напряжений, поэтому только на таких элементах мы и будем сосредотачиваться.

Основная схема включения элементов защиты от перенапряжений

Основная схема включения элементов защиты от перенапряжений

— Для начала нам необходимо договориться. Тут у меня маленькая ошибка, если вы увидите параллельно включенный элемент, обозначенный буквой R, внизу справа вы увидите, что должно это быть ПР, то есть элемент, включенный параллельно. Если посмотрим на схему защиты от перенапряжений мы, как проектировщики должны задуматься, что мы поставим. Здесь как бы две возможности: к зажимам защищаемой цепи можем подключить элементы последовательной включенной или параллельно включенной. Что сегодня существует реально? Если мы посмотрим на элемент последовательный, который может защищать нашу схему, сразу приходить в голову предохранитель, который обязательно срабатывает, когда идет ток короткого замыкания. Но отличие между током короткого замыкания и током перенапряжения по времени. Короткое замыкание – это время миллисекундное, перенапряжение – это микросекундное. Это тысяча раз разница по времени. И как показывает жизнь, предохранитель не успеет сработать во время действия перенапряжения. Они срабатывает, но как последствие воздействия перенапряжения на защищаемую цепь тогда, когда уже уничтожилась наша защищаемая цепь, и там пошел ток замыкания и впоследствии перегорает предохранитель. Так что можем использовать в этом месте, как последовательный элемент любое, но это известный элемент, такой как термистор. Но термисторы они используются, например, в телефонных цепях, сетях. Но время срабатывания – это секунды, то есть слишком долго, потому что перенапряжение – это микросекунды. Время нарастания фронта перенапряжения порядка 10 мкс, поэтому ими должны защищаться на этом фронте, мы должны ограничивать перенапряжения на фронте импульса тока и напряжения, то есть время срабатывания должно быть намного быстрее, чем 10 мкс. Могу сказать, что из моей практики следует, что только сегодня один прибор может работать последовательно, но он не практический, потому что это сверхпроводник.

Каскадная схема защиты

Каскадная схема защиты

— Если посмотреть на способ срабатывания таких элементов, на способ ограничения перенапряжений, так вы найдете в стандартах два вида таких элементов, то есть УЗИП ограничивающего типа и УЗИП коммутирующего типа. По-английски voltageclampingtypeSPD (SurgeProtectionDevice) – это УЗИП по-русскии. VoltageswitchingtypeSPD – это УЗИП коммутирующего типа. УЗИП, который ограничивает перенапряжения – это УЗИП, сохраняющий высокое и параллельно полное сопротивление, которое постепенно снижается с нарастанием волны тока и напряжения, когда мы превысили пороговый уровень УЗИП, пороговый уровень срабатывания этого нашего устройства. Примером для таких элементов, ограничивающего типа является варистор и лавинные диоды. УЗИП коммутирующего типа – это УЗИП, который сохраняет высокое параллельное полное сопротивление, но мгновенно или постепенно уменьшает его, когда приходит перенапряжение, превышающий пороговый уровень срабатывания УЗИП. Эти два элемента являются основой для всех схем защиты. Примером такого коммутирующего типа являются разрядники воздушные, газонаполненные разрядники и тиристорные подавители импульсов. Название «газоразрядные трубки» для меня немного странно, поэтому я не пользовался и не буду, хотя это для вас привычнее это, я так думаю.

УЗИП - основная схема защиты

УЗИП - основная схема защиты

— Как строятся схемы УЗИПов? Каким образом срабатывают эти элементы? Я когда послушал несколько вебинаров, я услышал там некоторые вещи для меня непонятные, поэтому я представлю свою как бы точку зрения по этому поводу. Я надеюсь, что это будет для вас более понятно, если не будет, пожалуйста, задавайте вопросы. Я буду повторять эту схему еще потом в следующих вебинарах для того, чтобы просто в вас остались эти знания, потому что они очень, я так думаю основные. Если посмотрим на эти элементы, а их отдельный каждый из них буду сегодня оговаривать, мы увидим, что слева на входе стоит разрядник этот. Точка, которая стоит в кругу означает, что он газонаполненный. Следующий элемент – это варисторный элемент. И последняя ступень этого УЗИПа – это диод. Один диод включен здесь. Здесь должно быть два диода, они должны быть включены встречно, но для простоты я показываю такую схемку. Если мы посмотрим этот элемент, видим, что между каскадами УЗИПов стоят какие-то сопрягающие элементы. На практике это в основном индуктивности, редко бывает, что это сопротивления, а в высокочастотных схемах это просто конденсаторы. Но здесь давайте мы сосредоточимся на одном элементе, его называем индуктивностью. И эта индуктивность в действительности в цепях электропитания это просто индуктивность проводов, собственная индуктивность проводов, которые находятся между очередными элементами, включенные в линии электропитания. В новых УЗИПах, которые состоят из нескольких каскадов, двух или трех каскадов, такие индуктивности – это просто искусственные индуктивности, которые включены специально между этими каскадами. Давайте рассмотрим схему, такой вариант, в котором наши перенапряжения, как мы сказали приходят слева на вход и попадают на нашу схемку. И тут вопрос: а который из этих элементов начнет первый срабатывать? Я думаю, что всем очевидно, что первым начнет срабатывать тот, который самый быстрый и срабатывает первым. На практике – это полупроводник, это диод. Его время срабатывания автоматически микросекунды. Следующий элемент – это варистор. Время срабатывания указывает производитель порядка там 10 – 20 наносекунд.

Газоразрядные и полупроводниковые элементы

Газоразрядные и полупроводниковые элементы

— То есть на практике элементы защиты от перенапряжений используют определенные физические явления, то есть пробой в газе, электрический пробой в газе и переключение полупроводника в проводящее состояние причем, если мы посмотрим на элементы, которые здесь указаны. Используются искровые воздушные промежутки, используются герметичные газоразрядники, причем я здесь указываю большой энергии, малой энергии. Имею в виду разрядники малой энергии такие, которые используются на электронных платах. А большой энергии – это именно те, которые устанавливаются в сети электропитания, они отводят частичные токи молнии – почему большой энергии. Элементы полупроводниковые, которые здесь перечисленные – это поликристаллические полупроводники, варисторы – здесь видим, что используются сегодня в основном окись цинка, а раньше и сегодня существуют такие элементы – это карбид кремния. И монокристаллические полупроводники, диоды или тиристоры.

Искровой воздушный промежуток

Искровой воздушный промежуток

— Я думаю, что всем понятно, что первым элементом, который появился защитой от перенапряжений, являлся искровой воздушный промежуток. Ясно всем, что только когда появились сети электропитания, воздушные сети электропитания, так сразу появились проблемы с перенапряжениями. Обычное переключение сети электропитания или выключение сети электропитания означает, что в ней появляется сразу перенапряжение, так как сеть электропитания не сможет мгновенно разрядить энергию накопленную. И эта энергия через некоторое время гуляет по нашим сетям, образовывая ежедневные, повседневные перенапряжения, которые попадают на наши устройства. И тогда начали сразу думать, как защищаться и первым элементом был искровой воздушный промежуток. Здесь уже исторический, посмотрев на это устройство появились потом угольные разрядники. Искровой воздушный промежуток – это приборы, которые не обладают никаким корпусом изолирующим активное пространство между электродами от окружающей среды. Это означает, что в искровом промежутке могут происходить неблагоприятные скапливания частиц и волокон. Например, в трансформаторном помещении, оно замкнуто, есть у нас стены, там, где нет ветра. Такое скапливание может привести к срабатыванию через некоторое время.

Формы газоразрядных элементов

Формы газоразрядных элементов

— Если посмотрим на формы таких элементов, но обязательно, что это искровой воздушный промежуток. Слева или разряд между плитами, или просто роговой разрядник, который сегодня еще используется для защиты железнодорожных линий электропитания.

Фотография двух электродов

Фотография двух электродов

— Он здесь указан на фотографии. Это просто два электрода. Электрод левый подключен к проводнику, а правый просто заземлен или подключен к реверсу.

Фотография железнодорожной линии

Фотография железнодорожной линии

— Если посмотрим на следующую фотографию, увидим, что это огромное количество устройств, которые способны отводить частичные токи молнии. В случае, когда молния попадает в железнодорожную линию и эти элементы работают годами благополучно. Вопрос остается только один: какая точность срабатывания и действительно, какая степень защиты, вводимая такими устройствами? Учитывая, что сегодня железная дорога сильно компьютеризируется, я думаю, что эти элементы требуют сегодня работы над их качеством.

Искровые разрядники старого типа

Искровые разрядники старого типа

— Если посмотрим на очередные искровые разрядники, мы увидим слева стрелкой указанные разрядники старого типа, которые использовали действительно, как резерв, потому что справа видим разрядники уже газонаполненные разрядники, имеющие корпус.

Угольные разрядники

Угольные разрядники

— Проблемы появились также, как я думаю всем понятно, в телефонных линиях, потому что их длина огромная так, как и у энергетических. И первые проблемы также всякого вида телекоммуникационные проводящие системы. На этом слайде мы видим рисунок из старых документов, где видим защиту станций и абонента от перенапряжений. В этот момент начали применяться угольные разрядники.

Почему угольные?

Почему угольные?

— Почему угольные? Потому что определили, что свойства таких электродов угольных очень хорошие и как видите, применялись в России, как и в других странах. На входе всех линий, наружных линий в объект устанавливались такие разрядники, но в них были достаточно сильные недостатки.

Схема включения абонентской линии

Схема включения абонентской линии

— Если мы посмотрим на эту схему, схему включения – это классическая схема и сегодня она используется. Разрядник включен между двумя линиями и два элемента закорочено на землю.

Принцип работы угольных разрядников

Принцип работы угольных разрядников

— Принцип их срабатывания, как и в обычном разряднике. Два электрода, здесь видим угольные электроды, между ними изолирующая прокладка, которая имеет толщину от 80 – 100 мкм. Для такого устройства статистическое напряжение пробоя зажигания – это 300 – 500 В, достаточно высокое напряжение. Но тут появляются большие недостатки, потому что оказывается, что эти элементы обладают невысокой стойкостью ударом.

Следующая страница >>
слайды с 16 по 30


Полезные материалы для проектировщиков: